Uma placa de circuito impresso, ou PCB, é encontrada em quase todos os tipos de dispositivos eletrônicos. Essas placas de plástico e seus componentes incorporados fornecem a tecnologia básica para tudo, desde computadores e telefones celulares até relógios inteligentes. As conexões de circuito em um PCB permitem que a corrente elétrica seja roteada de forma eficiente entre os componentes miniaturizados na placa, substituindo dispositivos maiores e fiação volumosa.
Funções de uma placa de circuito
Dependendo da aplicação para a qual foi projetada, uma placa de PC pode executar uma variedade de tarefas relacionadas à computação, comunicações e transferência de dados. Além das tarefas que executa, talvez a função mais importante de uma placa de circuito seja fornecer uma maneira de integrar a eletrônica de um dispositivo em um espaço compacto. Um PCB permite que os componentes sejam conectados corretamente a uma fonte de alimentação enquanto são isolados com segurança. Além disso, as placas de circuito são mais baratas do que outras opções porque podem ser projetadas com ferramentas de design digital e fabricadas em alto volume usando automação de fábrica.
Composição de uma placa de circuito
Uma placa de circuito moderna é normalmente feita de camadas de materiais diferentes. As várias camadas são fundidas através de um processo de laminação. O material de base em muitas placas é a fibra de vidro, que fornece um núcleo rígido. Uma camada de folha de cobre em um ou ambos os lados da placa vem em seguida. Um processo químico é então usado para definir traços de cobre que se tornam caminhos condutores. Esses traços substituem o enrolamento de fios bagunçado encontrado no método de construção ponto a ponto usado para montagens eletrônicas anteriores.
Uma
camada de máscara de solda é adicionado à placa de circuito para proteger e isolar a camada de cobre. Esta camada de plástico cobre ambos os lados da placa e é frequentemente verde. É seguido por uma
camada de serigrafia com letras, números e outros identificadores que auxiliam na montagem do quadro. Os componentes de uma placa de circuito podem ser fixados à placa de várias maneiras, incluindo solda. Alguns métodos de fixação usam pequenos orifícios conhecidos como
vias que são perfurados através da placa de circuito. Sua finalidade é permitir que a eletricidade flua de um lado da placa para o outro.
Função de circuito básico
Um
circuito é um loop de material condutor que a eletricidade pode percorrer. Quando o circuito é fechado, a eletricidade pode fluir ininterruptamente de uma fonte de energia, como uma bateria, através do material condutor e, em seguida, de volta à fonte de energia. O projeto do circuito é baseado no fato de que a eletricidade procura fluir de uma tensão de potência mais alta, que é uma medida de potencial elétrico, para uma tensão mais baixa.
Cada circuito é composto de pelo menos quatro elementos básicos. O primeiro elemento é uma
fonte de energia para alimentação CA ou CC. O segundo elemento é um material condutor, como um fio, pelo qual a energia pode se mover. Esse caminho condutor é conhecido como
trilha ou
rastrear . O terceiro elemento é o
carregar , que consiste em pelo menos um componente que drena parte da energia para realizar uma tarefa ou operação. O quarto e último elemento é pelo menos um
controlador ou
trocar para controlar o fluxo de energia.
Função dos componentes PCB
Quando você insere uma carga no caminho fechado de um circuito, a carga pode usar o fluxo de corrente elétrica para realizar uma ação que requer energia. Por exemplo, um componente de diodo emissor de luz (LED) pode acender quando a energia flui através do circuito onde está inserido. A carga precisa consumir energia, pois uma sobrecarga de energia pode danificar os componentes conectados.
Os componentes mais importantes em uma placa de circuito incluem:
- Bateria :Fornece energia para um circuito, geralmente por meio de um dispositivo de terminal duplo que fornece uma diferença de tensão entre dois pontos no circuito
- Capacitor :um componente semelhante a uma bateria que pode reter ou liberar rapidamente uma carga elétrica
- Díodo :controla a eletricidade em uma placa de circuito, forçando-a a fluir em uma direção
- Indutor :Armazena energia de uma corrente elétrica como energia magnética
- IC (integrado Circuito) :um chip que pode conter muitos circuitos e componentes em formato miniaturizado e que normalmente executa uma função específica
- LED (Luz Emitindo Díodo ):uma pequena luz usada em uma placa de circuito para fornecer feedback visual
- Resistor :Regula o fluxo de corrente elétrica fornecendo resistência
- Alternar: Ou bloqueia a corrente ou permite que ela flua, dependendo de estar fechada ou aberta
- Transistor :Um tipo de interruptor controlado por sinais elétricos
Cada um dos componentes em uma placa de circuito executa uma tarefa específica ou um conjunto de tarefas que são determinadas pela função geral da placa de circuito impresso. Alguns dos componentes, como transistores e capacitores, operam diretamente em correntes elétricas. Eles servem como blocos de construção dentro de componentes mais complexos conhecidos como circuitos integrados.
PCB x PCBA
O termo PCBA (um acrônimo para Printed Circuit Board Assembly) é usado para descrever uma placa de circuito que é completamente preenchida com componentes anexados à placa e conectados aos traços de cobre. Também é referido como um conjunto de plug-in. Uma placa que possui traços de cobre, mas não possui componentes instalados, geralmente é chamada de
placa nua ou uma
placa de circuito impresso .
O design das placas de circuito modernas permite que elas sejam produzidas em massa a um custo menor do que as placas mais antigas. Após a fase de projeto de uma placa ter sido definida com o auxílio de software de computador especializado, a fabricação e montagem são – na maioria – automatizadas. Um PCBA é considerado concluído e pronto para uso após a conclusão do teste de garantia de qualidade.
Possíveis problemas de circuito
Um
circuito aberto é aquele que não está fechado devido a um fio quebrado ou conexão solta. Um circuito aberto não funcionará porque não pode conduzir eletricidade. Embora a tensão possa estar disponível em um circuito aberto, não há como ela fluir. Em alguns casos, um circuito aberto é desejado. Por exemplo, o interruptor usado para ligar e desligar uma luz abre e fecha o circuito que conecta a luz à sua fonte de alimentação.
Outro tipo de circuito defeituoso é o
curto-circuito , que pode ocorrer quando muita energia se move através de um circuito e danifica o material condutor ou a fonte de alimentação. Um curto-circuito pode ser causado por dois pontos em um circuito se conectando quando não deveriam, como os dois terminais de uma fonte de alimentação sendo conectados sem nenhum componente de carga entre eles para drenar parte da corrente. Curto-circuitar uma fonte de alimentação dessa maneira pode ser perigoso e pode até resultar em incêndio ou explosão.
Evolução da placa de circuito
Tubos de vácuo e relés elétricos desempenhavam as funções básicas dos primeiros computadores. A introdução de circuitos integrados levou a uma redução tanto no tamanho quanto no custo dos componentes eletrônicos. Logo foram desenvolvidas placas de circuito que continham toda a fiação de um dispositivo que anteriormente ocupava uma sala inteira. Essas primeiras placas eram feitas de uma variedade de materiais, incluindo masonita, baquelita e papelão, e os conectores consistiam em fios de latão enrolados em postes.
A partir da década de 1940, as placas de circuito tornaram-se mais eficientes e mais baratas de produzir quando o fio de cobre substituiu o latão. As primeiras placas com fiação de cobre foram usadas em rádios militares e, na década de 1950, também foram usadas para dispositivos de consumo. Logo as placas de face única que continham fiação em apenas um lado evoluíram para as PCBs de dupla face e multicamadas que estão atualmente em amplo uso.
Da década de 1970 até a década de 1990, o projeto de PCB tornou-se mais complexo. Ao mesmo tempo, tanto o tamanho físico quanto o custo das placas continuaram a diminuir. À medida que as placas se tornaram mais densas com componentes anexados, aplicativos de design auxiliado por computador (CAD) foram desenvolvidos para auxiliar em sua criação. Today there are a variety of tools available for digital PCB design, from free and low-cost options to fully functional, high-priced packages that help with design, manufacturing and testing.
Role of Integrated Circuits
Modern electronics couldn't exist without the integrated circuit, which was introduced in the late 1950s. An IC is a miniaturized collection of circuits and components such as transistors, resistors and diodes assembled on a computer chip to perform a specific function. A single IC chip may contain thousands or even millions of components. The most common types of integrated circuits include logic gates, timers, counters and shift registers.
Besides low-level ICs, there are also more complex microprocessor and microcontroller ICs that have the capability of controlling a computer or another device. Other complex integrated circuits include digital sensors such as accelerometers and gyroscopes that are found in mobile phones and other electronic devices. Like other parts of PCBs, the size of integrated circuits has steadily decreased over the past few decades.
Component Mounting Technologies
Component mounting on early single-sided PCBs used
through-hole technology , where a component was attached to one side of the board and fastened through a hole to conductive wire traces on the other side using soldering. At the time it was introduced, through-hole technology was an advancement over point-to-point construction, but holes drilled in the PCB for mounting led to several design issues, especially following the introduction of multilayer boards. Since holes needed to pass through all layers, a large percentage of available real estate on the board was eliminated.
Surface-mount technology (SMT) solved many of the problems caused by through-holes. It became widely used in the 1990s, although it had been introduced several decades earlier. Components were changed to have small pads attached that could be soldered to a circuit board directly instead of through a wire lead. SMT allowed PCB manufacturers to densely package a large number of components on both sides of a PCB. This type of mounting is also easier to manufacture with automation.
SMT mounting did not eliminate the need for holes in circuit boards. Some PCB designs still make use of vias to allow interconnections between components on different layers. However, these holes are not as intrusive as the through-holes used previously for component mounting.
Multilayer Circuit Boards
The most complex electronic devices may include multilayer PCBs. These boards consist of at least three layers of a conductive material such as copper alternating with layers of insulation. Common configurations for multilayer boards include four, six, eight or 10 layers. All the layers must be laminated together to ensure that no air is trapped between the layers. This process is usually done under high temperature and pressure.
The benefits of multilayer PCBs include a higher density of components and circuits in a smaller space. They are used for computers, file servers, GPS technology, health care devices, and satellite and aerospace systems. However, multilayer boards also have some disadvantages. They are more intricate and harder to design and manufacture than single- and double-sided boards, which makes them more expensive. They can also be difficult to repair when something goes wrong within the internal layers of the board.
